Hoe donker is de lucht, en wat zegt ons dat over het aantal sterrenstelsels in het zichtbare heelal? Astronomen kunnen het totale aantal sterrenstelsels schatten door alles wat zichtbaar is in een Hubble-diepveld te tellen en ze vervolgens te vermenigvuldigen met het totale oppervlak van de hemel. Maar andere sterrenstelsels zijn te zwak en te ver weg om direct te detecteren. Maar hoewel we ze niet kunnen tellen, hun licht overspoelt de ruimte met een zwakke gloed.

Om die gloed te meten, astronomische satellieten moeten ontsnappen aan het binnenste zonnestelsel en zijn lichtvervuiling, veroorzaakt door zonlicht dat weerkaatst op stof. Een team van wetenschappers heeft waarnemingen van NASA's New Horizons-missie naar Pluto en de Kuipergordel gebruikt om de helderheid van deze kosmische optische achtergrond te bepalen. Hun resultaat stelt een bovengrens aan de overvloed aan zwakke, onopgeloste sterrenstelsels, waaruit blijkt dat ze slechts in de honderden miljarden tellen, niet 2 biljoen sterrenstelsels zoals eerder werd aangenomen.

Hoe donker wordt de ruimte? Als je weggaat van stadslichten en omhoog kijkt, de lucht tussen de sterren lijkt inderdaad erg donker. Boven de atmosfeer van de aarde wordt de ruimte nog verder gedimd, vervagen tot een inktzwarte pikzwart. En toch, zelfs daar ruimte is niet helemaal zwart. Het universum heeft een overgoten zwakke glinstering van ontelbare verre sterren en melkwegstelsels.

Nieuwe metingen van die zwakke achtergrondgloed laten zien dat de onzichtbare sterrenstelsels minder talrijk zijn dan sommige theoretische studies suggereerden, nummering slechts in de honderden miljarden in plaats van de eerder gerapporteerde twee biljoen sterrenstelsels.

'Het is een belangrijk getal om te weten - hoeveel sterrenstelsels zijn er?' zei Marc Postman van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, een hoofdauteur van het onderzoek. "We zien eenvoudigweg het licht niet van twee biljoen sterrenstelsels."

De eerdere schatting werd geëxtrapoleerd van zeer diepe hemelobservaties door NASA's Hubble Space Telescope. Het vertrouwde op wiskundige modellen om te schatten hoeveel sterrenstelsels te klein en te zwak waren voor Hubble om te zien. Dat team concludeerde dat 90% van de sterrenstelsels in het universum het vermogen van Hubble om in zichtbaar licht te detecteren, te boven ging. De nieuwe bevindingen, die gebaseerd was op metingen van NASA's verre New Horizons-missie, suggereren een veel bescheidener aantal.

"Neem alle sterrenstelsels die Hubble kan zien, verdubbel dat aantal, en dat is wat we zien - maar niets meer, " zei Tod Lauer van NSF's NOIRLab, een hoofdauteur van het onderzoek.

Deze resultaten worden woensdag gepresenteerd. 13 januari tijdens een bijeenkomst van de American Astronomical Society, die openstaat voor ingeschreven deelnemers.

De kosmische optische achtergrond die het team wilde meten, is het zichtbare lichtequivalent van de bekendere kosmische microgolfachtergrond - de zwakke nagloeiing van de oerknal zelf, voordat er ooit sterren bestonden.

"Terwijl de kosmische microgolfachtergrond ons vertelt over de eerste 450, 000 jaar na de oerknal, de kosmische optische achtergrond vertelt ons iets over de som van alle sterren die sindsdien zijn gevormd, " legde Postman uit. "Het legt een beperking op het totale aantal sterrenstelsels dat is gemaakt, en waar ze op tijd zouden kunnen zijn."

Zo krachtig als Hubble is, het team kon het niet gebruiken om deze waarnemingen te doen. Hoewel gelegen in de ruimte, Hubble draait om de aarde en heeft nog steeds last van lichtvervuiling. Het binnenste zonnestelsel is gevuld met kleine stofdeeltjes van uiteengevallen asteroïden en kometen. Zonlicht weerkaatst op die deeltjes, het creëren van een gloed die het dierenriemlicht wordt genoemd en die zelfs door skywatchers op de grond kan worden waargenomen.

Om te ontsnappen aan het dierenriemlicht, het team moest een observatorium gebruiken dat aan het binnenste zonnestelsel is ontsnapt. Gelukkig heeft het ruimtevaartuig New Horizons, die de dichtstbijzijnde beelden ooit heeft opgeleverd van Pluto en het Kuipergordel-object Arrokoth, ver genoeg is om deze metingen te doen. Op zijn afstand (meer dan 4 miljard mijl afstand toen deze waarnemingen werden gedaan), New Horizons ervaart een omringende lucht die 10 keer donkerder is dan de donkerste lucht die voor Hubble toegankelijk is.

"Dit soort metingen zijn buitengewoon moeilijk. Veel mensen hebben dit al heel lang geprobeerd, " zei Lauer. "New Horizons bood ons een uitkijkpunt om de kosmische optische achtergrond beter te meten dan iemand ooit heeft kunnen doen."

Het team analyseerde bestaande beelden uit de New Horizons-archieven. Om de zwakke achtergrondgloed uit te plagen, ze moesten corrigeren voor een aantal andere factoren. Bijvoorbeeld, ze trokken het licht af van de verwachte sterrenstelsels die te zwak zijn om te identificeren. De meest uitdagende correctie was het verwijderen van licht van Melkwegsterren dat werd gereflecteerd door interstellair stof en in de camera.

Het resterende signaal, hoewel extreem zwak, was nog meetbaar. Postbode vergeleek het met wonen in een afgelegen gebied ver van stadslichten, 's nachts in je slaapkamer liggen met de gordijnen open. Als een buurman anderhalve kilometer verderop zijn koelkast opende op zoek naar een snack om middernacht, en het licht van hun koelkast weerkaatst op de slaapkamermuren, het zou zo helder zijn als de achtergrond die New Horizons heeft gedetecteerd.

Dus, wat zou de bron kunnen zijn van deze overgebleven gloed? Het is mogelijk dat een overvloed aan dwergstelsels in het relatief nabije heelal net buiten de detecteerbaarheid ligt. Of de diffuse halo's van sterren die sterrenstelsels omringen, kunnen helderder zijn dan verwacht. Er zou een populatie schurken kunnen zijn, intergalactische sterren verspreid over de kosmos. Misschien wel het meest intrigerende, er kunnen er nog veel meer flauw zijn, verre sterrenstelsels dan theorieën suggereren. This would mean that the smooth distribution of galaxy sizes measured to date rises steeply just beyond the faintest systems we can see—just as there are many more pebbles on a beach than rocks.

NASA's upcoming James Webb Space Telescope may be able to help solve the mystery. If faint, individual galaxies are the cause, then Webb ultra-deep field observations should be able to detect them.

This study is accepted for publication in Het astrofysische tijdschrift .